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Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / 01.09.2005 / Seite 1

LGA KompetenzZentrum Galvanotechnik

Galvanisiergerechtes Konstruieren

InformationstagungKorrosionsschutz ohne Chrom-VI

Velbert 21.06.2005




Galvanisiergerechtes Konstruieren und Fertigen

InformationstagungKorrosionsschutz ohne Chrom-VI

Velbert 21.06.2005




Inhalt

1. Grundlagen / allgemeine Vorgaben

2. Normvorgaben

3. Fertigungseinflüsse

4. Umweltgerechtes Konstruieren




1. Grundlagen (1)

Die galvanische Schicht nimmt Einfluss auf die Eigenschaft desBauteils.

Deshalb ist es wichtig das bereits bei der Gestaltung des Bauteilsdie Eigenschaften des Schichtsystems berücksichtigt werden.

Sinnvollerweise findet zwischen allen BeteiligtenFertigungsplaner,KonstrukteurGalvaniker

ein Dialog statt. (Ist eine Forderung der bekannten Q-Normen)




1. Grundlagen (2)

Wechselwirkungen der Bauteilform und der Schichtbildungmüssen bekannt sein.

Der Konstrukteur (nicht nur er) sollte die Grundprinzipien dergalvanischen Metallabscheidung kennen.




1. Grundlagen (3)

Hierzu gehören:

Einflüsse der Bauteilform und Wechselwirkungen mit denFeldlinien beim Galvanisieren.

Schichtverteilung auf dem Bauteil,oder Bauteilen einer Chargeje nach Art der Behandlung (Gestell oder Trommel)




Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen

Grundlagen

Alle wichtigen Metalle des täglichen Gebrauchs lassen sich mitgalvanischen Verfahren abscheiden. Die so erzeugten Schichtenschützen die Grundwerkstoffe vor Korrosion und geben gleichzeitigein dekoratives Aussehen.





GrundlagenVon dekorativer Galvanotechnik spricht man, wenn perfekte Optikder Oberfläche gefragt ist, und die aufgebrachte Schicht keinewesentliche technische Funktion erfüllen muß.In einer großen Palette von verschiedenen Überzügen können derKonstrukteur, der Designer und der Fertigungsplaner die technischoptimale und wirtschaftlichste Oberfläche finden.Verzinken, eventuell kombiniert mit Nachbehandlungen,Zinklegierungs-Schichten, Kupfer/Nickel/Chrom als Schichtsystem,Chemisch Vernickeln, Anodisieren von Aluminium, Versilbern,Vergolden - das alles sind Möglichkeiten der korrosionsschützendenfunktionellen Galvanotechnik.





Grundlagen

Umweltfreundliche GalvanotechnikDurchdachte Systeme machen die Galvanotechnik umweltverträglich.Der sorgsame Umgang mit Rohstoffen, Wasser und Energie führt zueinem ausgewogenen Kosten-Nutzen-Ergebnis. Durchverantwortungsbewußten Umgang mit Elektrolyten und Spülen wirddie Umweltbelastung minimiert.Da sich durch das Faraday'sche Gesetz die Menge des eingesetztenMaterials exakt bestimmen läßt, ist Sparsamkeit bei der galvanischenMetallabscheidung in jedem Fall das Grundprinzip.




Abscheidung von galvanischen SchichtenGrundlagen

Elektrolytische Abscheidung

Das Abscheiden von Metallen durch galvanische Verfahren beruhtauf den Vorgängen der Elektrolyse. Unter Elektrolyse faßt man dieVorgänge zusammen, bei denen Gleichstrom in Elektrolytenchemische Reaktionen einleitet und unterhält.





Außenstromlose Abscheidung- Ionenaustausch- oder Sudverfahren:hier werden die Elektronen durch Auflösung des Grundwerkstoffsgebildet.Der Grundwerkstoff ist unedelDas in der Lösung vorhandene edlere Ion scheidet sich unterAufnahme der Elektronen ab.- Reduktionsverfahren:Beim Reduktionsverfahren liegt in der Lösung ein Reduktionsmittelvor, welches sich unter Abgabe von Elektronen oxidiert. Als Reduktionsmittel verwendet werden z.B. Natriumhypophosphit,Natriumborhydrid, Formaldehyd.




Schema einer Elektrolysezelle




Abscheidung von galvanischen SchichtenGrundlagen

Faradaysches GesetzDer Zusammenhang zwischen dem Strom bei der Elektrolyse und den durchihn umgesetzten Stoffmengen ist durch die Faraday`schen Gesetze gegeben.1. Die infolge eines Stromdurchganges I in der Zeit t durch den Elektrolytenumgesetzten Stoffmenge M ist der durch den Elektrolyten geflossenenElektrizitätsmenge I x t = Q proportional.

M = Q x AeDie Konstante Ae ist die Menge eines Stoffes, die durch 1 Amperesekunde(1 Coulomb) umgesetzt wird. In der Galvanotechnik wird als praktischeEinheit die Strommenge 1 Amperestunde (Ah) = 3600 Coulomb benützt.2. Die elektrochemischen Äquivalente Ae verhalten sich wie die chemischenÄquivalente Ac.

Ae x F = AcDie Konstante F wird Faraday Konstante genannt. F = 96500 C = 26,8 Ah





SchichtverteilungGalvanisch abgeschiedene Schichten sind üblicherweise nichtgleichmäßig auf dem beschichteten Bauteil verteilt. Dies beruht aufder Eigenschaft elektrischer Feldlinien.Makrostreufähigkeit beschreibt die Schichtverteilung in einemMakroprofil (>1 mm). Sie ist abhängig von Stromlinien, Badgeometrie,Leitfähigkeit.Die Mikrostreufähigkeit wirkt im Mikroprofil < 1 mm. Hier liegenwirksame Dickenunterschiede der Diffusionsschicht vor.

Achtung: Eine Verbesserung der Mikrostreufähigkeit führt zu einerVerschlechterung der Makrostreufähigkeit.




Feldlinienverteilung bei unterschiedlichen Kathodenformen




Ungleiche Schichtverteilung an Kanten / Winkeln




Kantenschwäche des Niederschlags bei „scharfer“ Kante / besser bei Radius




Günstige und ungünstige Konstruktionen




Hartverchromter Zylinder




Günstige Konstruktion (statt Blech, Vollmaterial)




Ungünstige Konstruktion einer Schiene / Kapillarwirkung im Innern








Möbelbauteil mit Nickelschicht / Schichtdickenunterschiede inder Tiefe




Korrosion an vernickelten und vergoldeten Beschlägen aufgrund vonOberflächenrauheit




Korrosion an Beschlägen aufgrund unterschiedlicher Schichtdicken




Galvanisiergerecht?




Galvanisiergerecht? Glanzchrom / dekorativ




Galvanisiergerecht? Zink-Eisen schwarzchromatiert




Gestelle zum Galvanisieren




Max. 23 – 53 µm

Min. 15 – 23 µm




Schichtverteilung auf einem verzinkten Halter

innenaußen

Max. 21 µm

Min. 13 µm

Min. 7 µm

Max. 12 µm



LGA KompetenzZentrum Galvanotechnik3

3µm

10 µm

13 µm

8 µm

13 µm




Schrauben richten sich beim Galvanisieren aus







Streufähigkeit verschiedener Elektrolyte




Abscheidung von galvanischen Schichten

Grundlagen Schichtverteilung

Die Einebnung ist ein Sonderfall der Mikrostreufähigkeit, siewirkt ebenfalls im Bereich < 1 mm. Sie bewirkt eine Abnahmevon Rauheit.




Einebnung der Oberfläche / Querschliff von Zinkschicht




Einebnung




Inhalt


2. Normvorgaben






2. Normvorgaben (1)Normung DIN EN 1403Galvanische ÜberzügeVerfahren für die Spezifizierung allgemeiner Anforderung

Die Bezeichnung muß sich aus folgendem zusammensetzen:

A) galvanischer Überzug;B) der Nummer der europäischen Norm, der der betreffende Überzug entsprechen muß: (z. B. DIN 50961, DIN EN 12329 usw.)




2. Normvorgaben (2)Normung /DIN EN 1403

C) einem Bindestrich;

D) der Bezeichnung für das Grundmetall (z. B. Fe, Zn usw.)

E) einem Schrägstrich;

F) den zusätzlich anzuwendenden Bezeichnungen in der Aufeinanderfolge der einzelnen Stufen der Überzüge, jeweils durch einen Schrägstrich getrennt.Um jeweils fehlende Stufen anzuzeigen, muß eine Verdoppelungder Trennzeichen erfolgen.





BezeichnungenDas Grundmetall wird durch sein chem. Symbol gekennzeichnetDer Metallüberzug wird durch sein chem. Symbol gekennzeichnet

Gefolgt von einer Ziffer die die kleinste örtliche Schichtdickeangibt.Gefolgt von kleinen Buchstaben, die die Art des Überzugs angeben(siehe Einzelnorm)Wenn der Überzug eine Legierung ist, der Hauptlegierungsanteilmit % AngabeBei Edelmetallen wird der Masseanteil in Klammern angegeben





Eine Wärmebehandlung wird gekennzeichnet mit den Buchstaben HT,der Temperatur, und der Haltedauer in Stunden.Beispiel: HT(190)3Umwandlungsüberzüge werden entsprechend der Einzelnorm angegebenZusätzliche Behandlungen werden gemäß Anhang C dieser Norm (Tabelle)festgelegt.Beispiel:Galvanischer Überzug DIN EN 12329 -Fe/HT(190)2/Zn12//D/T2oder: DIN EN 12540 -Fe//Cu20/Ni25b//Cr mcoder: Galvanischer Überzug DIN 50960-1 -Fe//Cr50




2. Normvorgaben (5)Normung /DIN EN 1403 /VDA 233-101 (10.04)

Beispiel:Galv. Zinküberzug, passiviert und versiegelt, silberfarbig,TrommelverfahrenVDA 233-101. Zn-p-v(Tr) SI

Hier wird gleichzeitig eine Mindestschichtdicke von 8 µmvorgeschlagenGrenzen können anwendungsspezifisch festgelegt werden.




Bild 1 aus DIN 50060 /Darstellung allg. Schichtvorgaben mit Hinweisauf die entsprechende Spezialnorm




Bild 2 aus DIN 50060 /Darstellung allg. Schichtvorgaben mit Hinweisauf die entsprechende Spezialnorm




Bild 2 aus DIN 50060 /Linienarten für Oberflächenbereiche




Bild 7 aus DIN 50060 / Wesentliche Fläche





Informationen, die der Auftraggeber geben mußWesentliche InformationenDer Auftraggeber muß folgende Informationen geben:Die Bezeichnung des aufzubringenden Überzuges (siehe Abschnitt 5);

die Anforderungen für jede Wärmebehandlung vor und/oder nach derelektrolytischen Metallabscheidung (siehe 5.4);

die wesentliche Fläche, z.B. durch entsprechend gekennzeichnete Muster;




10 Centstück mit 20 mm Durchmesser





die Beschaffenheit, den Zustand und das Aussehen des Grundmetalls,wenn durch eine dieser Eigenschaften die Verwendungsfähigkeit und/oderdas Aussehen des Überzuges beeinflußt werden kann;

die Lage unvermeidbarer Fehlstellen auf der Oberfläche, wie z.B.Befestigungs- oder Kontaktstellen;





das erforderliche Aussehen, z.B. glänzend, matt, seidenglänzend oder einanderes Aussehen, vorzugsweise durch ein Muster, das das geforderteAussehen hat;

die Probenahme, die annehmbare Qualitätsgrenzlage oder jede andereAnforderung an die Prüfungen,falls von ISO 4519 : 1980 abgewichen werden soll (siehe 7.2);

die Normen für Schichtdickenmessungen, Korrosionskurzzeitprüfungenoder Haftfestigkeitsprüfungen (siehe 7.1).





Zusätzliche InformationenWenn zutreffend, müssen folgende zusätzliche Informationen vomAuftraggeber gegeben werden:

jede besonderen Anforderungen oder Einschränkungen für dieVorbereitung des zu galvanisierenden Gegenstandes;

jede besonderen Anforderungen für die Neubearbeitung verworfenerGegenstände





Zusätzliche Informationen

jede besondere Anforderung, die von der Form oder der Art der Herstellungdes Bauteils abhängig ist;

jede anderen besonderen Anforderungen (z.B. Rauheit und Toleranzen).





BestellangabenEs sind, soweit erforderlich zu vereinbaren:

Besondere Eigenschaften des Grundwerkstoffes, die das Aufbringen derÜberzüge beeinflussen können

Die wesentlichen Flächen (Funktionsflächen), z.B. durch Zeichnungenoder Übergabe eines entsprechend bezeichneten Musters




10 Centstück zur Bestimmung der wesentlichen Fläche





Bestellangaben

Das gewünschte Aussehen, z.B. glänzend oder matt, vorzugsweise durchÜbergabe eines entsprechenden Musters

Die Lage der Kontaktstellen, falls ihre Wahl nicht dem Herstellerüberlassen werden kann

Das Verfahren zum Prüfen der Korrosionsbeständigkeit




0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374

Firma Nr.

Abt

rag

g/m

²

SW OGW UGW W 1 (g/m²) W 2 (g/m²) W 3 (g/m²) W 4 (g/m²) W 5 (g/m²)

Auswertung der Überwachungsergebnisse gemäß DIN 50021 SS





BestellangabenDas Verfahren zum Messen der Schichtdicke

Das Verfahren zum Prüfen des Haftvermögens

Die Anzahl der Proben für die Prüfungen nach den Abschnitten 4e) bis 4g)

Wärmebehandlungen vor bzw. nach dem Aufbringen der ÜberzügeGegebenenfalls weitere Vereinbarungen, z.B. Festlegungen von weiterenQualitätsmerkmalen




-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

µm

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101

105

109

113

Lfd. Nr.

Maximalwerte der Abweichung

Max




Inhalt


2. Normvorgaben






3. Fertigungseinflüsse (1)Werkstoffauswahl

Die zu galvanisierenden Bauteile dürfen keine Verarbeitung-,Bearbeitungs- und /oder Oberflächenfehler wie zum BeispielRisse, Porennester, Fremdstoffeinschlüsse, Doppelungen usw.enthalten.




3. Fertigungseinflüsse (2)Werkstoffauswahl

Arbeitsgänge beim GalvanisierenDie Haltbarkeit metallischer und nichtmetallischer Überzüge wirdentscheidend durch die Reinheit der Oberfläche beeinflußt.Gut haftende Überzüge können nur auf fettfreien, metallisch reinenOberflächen erzielt werden. Deshalb wird die Qualität einesÜberzugssystems maßgeblich von der Vorbehandlung mitbestimmt.Schmutz muß von der Oberfläche beseitigt werden

Zunder und Oxide Schneidemulsionen undKonservierungsstoffe sowie Fette, Öle und Schmutzunterschiedlichster Art




Fehlstellen in der Stahloberfläche führen zu einem ungünstigen Galvanisierergebnis




Einschlüsse im Stahl (Mangansulfid)




Rohteil Stahl / Schweißstelle mit eingebranntem Fett /Aufkohlung




Rohteil Stahl /so kann ein Rohteil auch aussehen / gut




Rohteil Stahl / nach der Lötbehandlung nicht ordnungsgemäßgesäubert.




Spanend bearbeitete Bauteile mit Ausblühungen nach dem Verzinken




Poren in der Oberfläche




Querschliff und REM Aufnahme von Poren in der Oberfläche




Bauteile die zum Verkleben neigen




Bauteile die zum Verkleben neigen




Einzelteile die zum Verklemmen neigen




Verklemmte Bauteile




Beim Verformen mit besonderem Schmierstoff in Berührung gekommen




Inhalt


2. Normvorgaben






Ungünstige Konstruktionen (schöpfende Teile) / besser mit Löchern

Flüssigkeitsreste




Schöpfende Bauteilgeometrien vermeiden











Zusammenfassung

Wenn zwischen Konstrukteur, Fertigungsplaner undGalvaniker ein Dialog stattfindet, der die Vorgaben derNormen und die Gesetzmäßigkeiten derGalvanotechnik berücksichtigt, kommen wir deroptimalen Schicht und der Fähigkeit desBeschichtungsprozesses immer näher.




Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit




Kompetenz-Zentrum Galvanotechnik

LGA Kompetenz-Zentrum GalvanotechnikTillystraße 2

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1. Weiße Korrosionsprodukte (mit Rost) 2. Schwarze Punkte mit Angriff auf den Grundwerkstoff




Auswertung

DIN 34804

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